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俄罗斯富氢高炉冶炼的探索和实践
信息来源:世界金属导报2021-12-28B01      时间:2021-12-28 00:00:00

俄罗斯拥有丰富的天然气资源。从历史上看,俄罗斯高炉主要是喷吹天然气而不是煤粉,进而使得俄罗斯钢厂在铁水生产中具有很大成本优势。相比喷吹煤粉,喷吹天然气的工艺设备相对简单,因此,喷吹天然气的成本更低。

但为了应对来自欧洲和中国天然气需求的强劲增长,近年来俄罗斯天然气价格也在持续上涨,天然气价格的上涨侵蚀了俄罗斯钢厂在炼铁生产中的成本优势。更为重要的是,在高炉炼铁过程中大量喷吹天然气存在着技术限制,因此相比利用喷吹煤粉,喷吹天然气

替代的焦炭要少。在喷吹煤粉时,焦比是335kg/t铁。喷吹天然气时,焦比是454kg/t铁。从2012年的原料成本看,喷吹煤粉的成本要比喷吹天然气低10%。由于喷吹天然气的工艺限制,冶金煤价格上涨,以及俄罗斯钢厂在降低铁水生产成本方面持续面临的压力,独联体钢厂正在改变喷吹介质,从喷吹天然气转向喷吹煤粉。

2012年,俄罗斯耶弗拉兹集团决定投资1.09亿美元进行改造,将喷吹介质改为煤粉,其目标是降低该集团下塔吉尔钢铁厂(NTMK)和西西伯利亚钢铁厂(ZSMK) 20%的焦炭消耗,同时上述两家钢厂天然气消耗分别减少50%和100%。新利佩茨克钢铁公司(NLMK)曾经实施过喷吹煤粉的项目,寻求降低焦炭和天然气消耗。2012年底,俄罗斯马格尼托哥尔斯克钢铁公司(MMK)在其俄罗斯钢厂安装了喷吹煤粉的设备,目标也是降低焦炭和天然气消耗。

此外,乌克兰伊里奇钢铁公司(Il yich)也安装了喷煤装置,以寻求完全替代喷吹天然气并降低焦炭消耗。乌克兰扎波罗日钢铁公司(Zaporizhstal)也将安装喷吹煤粉的设备,由此该厂高炉的焦炭消耗将从495kg/t铁降至376kg/t铁,并将完全取消喷吹天然气。

高炉喷吹天然气的工业实践中,焦比全部上升,均高于400kg/t。虽然喷吹煤量降低,但是焦比上升,其生命周期煤耗并没有减少,这与控煤的初衷相悖。

根据俄罗斯和乌克兰钢厂实测数据可知,相对于喷吹煤粉而言,喷吹天然气后,高炉煤气的发生量和可燃成分(CO H2)稍有升高,但高炉煤气对加热炉、发电等用户的燃烧效率(发热量)增加不明显,见表1。

高炉煤气经除尘后(即使高炉喷煤操作时高炉煤气中有部分未燃尽的煤粉,荒煤气含尘浓度升高,但经湿法或干法除尘后,都可以达标进入管网),其含尘量都能实现在20mg/m3以下。高炉煤气含尘量与高炉喷吹燃料种类关系不大。

对于高炉工序而言,天然气与煤粉一样,主要是还原剂的功能,而不是燃烧功能,其在高炉内的过程与在加热炉、锅炉内进行空气完全燃烧的过程不同。因此,高炉使用天然气代替喷煤,常常不能起到明显的节能减排作用。(本文节选自张建良等编著的《氢冶金初探》)

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